本文關(guān)鍵詞：全息凹面光柵設(shè)計理論擴(kuò)展及曝光系統(tǒng)檢測技術(shù)研究　出處：《中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：全息凹面光柵作為分光器件,具有色散、聚焦成像、校正像差、無鬼線、低雜散光等特性,自發(fā)明以來一直在高分辨率光譜儀等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。本論文作為國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項—高端全息光柵研發(fā)的一部分,對全息凹面光柵的優(yōu)化設(shè)計方法、曝光系統(tǒng)精密檢測裝調(diào)技術(shù)、全息光柵掩模制作工藝做了一系列較為深入的研究。第一,對羅蘭圓全息光柵、平像場全息光柵、單色儀全息光柵進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究,推導(dǎo)了基于費馬原理的光程函數(shù)像差理論和光線追跡理論,提出了子午焦線、弧矢焦線和像面相擬合的優(yōu)化方法,對比分析了像差優(yōu)化方法、點列圖優(yōu)化方法的特點,從設(shè)計結(jié)果和優(yōu)化時間上來看,焦線擬合法都是一種快速、高效的優(yōu)化設(shè)計方法。第二,針對羅蘭圓全息光柵,對比研究了相干光源位于羅蘭圓上和羅蘭圓外、相對基底法線對稱分布和非對稱分布不同情況下對像差的影響,建立了光柵優(yōu)化函數(shù),優(yōu)化分配了像差權(quán)重。對相干光源在羅蘭圓上非對稱的曝光方式,獲得優(yōu)化設(shè)計結(jié)果,在保證分辨的情況下,像面弧矢展寬由20mm縮小到了2mm,提高了優(yōu)化效率和光柵的光譜性能。第三,為了更好地校正光學(xué)系統(tǒng)像差,提出了全息凹面光柵和球面反射鏡一體化設(shè)計的方法,建立了包含球面反射鏡和全息凹面光柵作為整體的物理模型,基于光程函數(shù)理論,得到了像差系數(shù)表達(dá)式,構(gòu)造了像差校正目標(biāo)函數(shù),經(jīng)優(yōu)化得到了滿意的設(shè)計結(jié)果,并分析了傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法中出現(xiàn)像散增大的原因。這種用全息凹面光柵像差平衡光學(xué)系統(tǒng)像差的方法,在保證光譜儀器分辨率的情況下,像面弧矢展寬縮小了約4倍,有效降低了光學(xué)系統(tǒng)的像散和弧矢慧差,提高了光學(xué)系統(tǒng)光能傳輸效率。第四,為制作滿足設(shè)計指標(biāo)的高質(zhì)量全息凹面光柵。結(jié)合成像光學(xué)系統(tǒng)計算機(jī)輔助裝調(diào)原理,提出了Moiré條紋精密檢測裝調(diào)算法,建立了曝光系統(tǒng)裝調(diào)誤差模型,并推導(dǎo)了像差系數(shù)和失調(diào)量之間的函數(shù)關(guān)系。進(jìn)行了Moiré條紋精密檢測裝調(diào)實驗,通過采集Moiré條紋圖像數(shù)據(jù),運用PSI算法、邊緣提取、濾波處理、解包裹等算法,反演了曝光干涉場的實時相位,在線擬合了曝光系統(tǒng)的失調(diào)量,驗證了該算法的正確性和可行性。第五,研究了大相對孔徑全息凹面光柵的優(yōu)化設(shè)計和工藝制作流程,分析了光柵在優(yōu)化設(shè)計和制作上的難點。對光柵進(jìn)行了曝光參數(shù)和槽型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,為滿足在大相對孔徑光柵的干涉區(qū)域內(nèi),有均勻的能量分布,對曝光系統(tǒng)中兩束光能量進(jìn)行了計算,選擇了高放大倍率的空間濾波器。最后,使用曝光和顯影實時檢測系統(tǒng),制作了滿足設(shè)計要求的大相對孔徑全息凹面光柵。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN25

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